编者按： 水专项 在 京津冀 地区 先后 部署 了 近 十个 不同 类型 的 大型 湿地 建设 。 在2020年 《 中国给水排水 》 举行的第四届“中国污水处理厂提标改造高级研讨会”上， 王凯军教授 非常系统的 ， 第一次公开、综合展示了京津冀地区水专项在湿地方面的 探讨 和 研究成果。

本文根据其发言整理，分为上下两部分。在上篇，重点强调了湿地基本功能的不同应用场景和案例。针对湿地处理污水提升出水水体水质这一重要功能之外，发言还着重强调了湿地在调节地表径流、保护生物多样性、提升景观效果等方面的高级功能。这些看似不常用的功能，却同样非常重要。

清华大学环境学院教授、国家环境保护技术管理与评估工程技术中心主任

王凯军教授

水质提升的老技术、新方法：人工湿地

这些年我们遇到了许多提标改造问题，对此技术界也有很多讨论。那么，河道水质到底应该是什么样子？

我举个例子，在某城市河道处，总有一些市民去冬泳。为此，水务局相关部门专门在河边悬挂了一个条幅，上面写着“游泳请到正规场所，野泳危险，害人害己”。冬泳的老百姓表示不满，又挂了一个横幅，上面写着“习主席说全民健身是建成小康社会的重要基础”。上图左侧图是国外的一个河道，亲水是第一要素。美国对河道的法律法规非常繁琐，但是其核心要求是“可游”、“可渔”。这两个要求非常简单，前者要求水质市民可直接接触没有危害性，后者则要求水质不引起生物变异，产生生物链效应，危害人类。

环境保护是环保法赋予地方政府的义务。一些特殊地区主动追求与其经济、社会发展相适应的更高的环境质量标准，这是地方政府环保责任的刚性需求，无可厚非。从全国范围来讲，这也是十九大报告指出社会主要矛盾的体现，即 “社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。” 很多地方相继提出了更严的环境质量标准。今后会不会有更严的标准，我想是有可能的。滇池便是其中一个很好的例子。在长达20多年反复投入和不达标之后，近年滇池提出了全国最严的标准，总磷要求达到0.05 mg/L，总氮要求小于5 mg/L。

我今天仅从技术上来讲湿地的作用。最近几年，山东省环保厅在南水北调南四湖开展了大量的水污染控制工作，河北环保厅近期也发布了大清河流域标准。两地都把湿地建设正式引入到了污染控制和标准里。在大清河流域标准中，将湿地作为污水处理厂的延伸环节。这给了我们一个可能的技术选项，我们改善水环境的工具箱里也多了一个工具，其中之一是更多考虑污水处理厂和生态措施的结合。

人工湿地是一种老的技术，但是我们现在将其作为一个新方法来看。

大型人工湿地功能分析

湿地的定义非常广泛。按照《国际湿地公约》的定义，湿地系指不论其为天然或人工、常久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6米的水域。而人工湿地的定义非常局限，仅指一个土地处理系统。美国鱼类和野生生物保护机构于1979年在“美国的湿地深水栖息地的分类”给出了一个容忍度非常高的定义：“陆地和水域的交汇处，水位接近或处于地表面，或有浅层积水，至少有一至几个以下特征：

（1）至少周期性地以水生植物为植物优势种；

（2）底层土主要是湿土；

（3）在每年的生长季节，底层有时被水淹没。

重新定义湿地：这里介绍的主要是针对城市污水厂退水的大系统，对象一般是3万吨以上，主要是10万吨、20万吨，污染或微污染河道的大型人工湿地，以水质改善达到河湖环境质量标准为目标，通过湿地建设同时起到提升景观效果、为市民通过休闲场所的作用。

总结上述湿地的定义和功能，可以看出大型湿地主要有如下几个我们关心的功能：

• 处理污水，改善水质；

• 营造湿地，调节地表径流；

• 保护生物多样性，调节小气候； （大型的湿地才有这个效果）

• 提升景观效果，提供旅游资源；

下面逐一解释和介绍这些功能：

1、处理污水，改善水质

这里给出水专项的一个典型案例： 天津滨海工业带尾水人工湿地（临港湿地二期） ，其北与临港湿地一期接壤，总占地面积约为183公顷。为有效修复湿地生态功能，保护鸟类栖息地，维护生态多样性，二期工程按照国家湿地公园要求进行建设。公园以水处理为主题，兼具景观效果，分为科普宣教区、人工湿地区和原生湿地鸟类保护区，曾获天津科技一等奖，是国内唯一一座大型工业园区内生态湿地公园。此外，与一期相比，二期能进一步处理工业区溢流的雨水，避免工业园区内因空气中有害物质运输造成的雨水污染对周边环境的影响。据报道，目前二期已经投入运行。

该湿地直接处理工业尾水，尾水首先经临港一期湿地，接着出水与园区初期雨水进入临港二期湿地处理，并最终排入渤海。人工湿地区主要通过潜流湿地、表流湿地中基质、植物和微生物的共同作用，有效去除氮、磷污染物，改善水质、净化水体。集配水渠均用碎石作为填料，湿地植被种植土层约为20 cm，以挺水植物芦苇为主。

2、营造区域湿地，调节地表径流

现代社会由于城市路面硬化，高楼林立，无法滞留雨水。如果说城市干涸了可以理解，农村为什么也干涸了呢？

以北京市为例。2014年2月，习近平总书记在北京考察，来到他小时候居住过的玉泉山地区，指出了北京河水断流、地下水超采等生态系统退化问题，提出要保护水文化， 看得见山、看得见水、记得住乡愁。

而北京过去是什么样呢？一直到解放前，北京市整个水系统是由元朝郭守敬设计，把昌平白浮泉的水及沿途共拦截11处泉水，汇聚为积水潭，成为大运河的端头，再往东流向通州汇入北运河。白浮泉是通惠河的源头，到建国初期仍可浇灌300余亩水稻田。1959年8月，水利部门勘测出白浮泉水的日流量为20多吨。这么小的水量，加上北京的地表径流，就保持了在解放初期的“水乡北京”，并为约660万的常驻人口供水。所以，有限的水资源维持一个地方的水系和湿地结构是完全可能的。

基于以上分析，若污水厂数万吨的流量，通过水质提升，可否像白浮泉一样支撑一个区域的水生态系统的重构？我们现在来进一步计算，如果径流管理合适，在农村一个500吨的污水处理厂可以保持20-30公顷的湿地。而在城市，一个5万吨的污水处理厂，可以维持近3000公顷的湿地群。当然，我们也给出了一些具体的假设条件，如渗透系数、蒸发量等等，这里不再赘述。

也就是说，目前尽快排掉污水的径流、雨水径流的管理方式，使得整个城市、农村都是干涸的。小时候下完雨后，一些施工的大坑里便马上积了水，半个月、三个月以后，就有了鱼虫，小孩子可以到里面游泳。这种现象说明即使在北方，维持适当的水面也是完全可能的。

3 、生物多样性保持的作用

人工湿地对生物多样性的保持是非常有效的。以天津临港湿地二期为例，该湿地除作为科普宣教区和人工湿地区，还包含原生湿地鸟类保护区的功能。原生湿地鸟类保护区在湿地的南部，主要以现状水鸟栖息地为核心区。针对不同种类水鸟栖息时对水深的要求，进行地形塑造，打造人工岛屿，建设富有梯度的、适合各类型水鸟栖息的保护区。所以，湿地虽然不大，运行状况非常好。

4、提升旅游资源，提升景观效果

湿地群的建设不仅能够保障水质安全，同时也能拓展绿色生态空间，打造沿河景观。湿地群的建设需要结合区域内自然环境及成型空间，修复或延续生态功能，创造出适合动植物生存及充满旺盛生命力的绿色生态廊道。

目前，围绕京津冀水专项最重要的一条河道——永定河5个生态节点建设了湿地群。其中，八号桥湿地和妫水河湿地有效改善了官厅水库的入库水质。北京的新首钢五湖一线建成，极大改善了永定河的生态环境，形成水面180 hm ² ，绿化300  hm ² 。

现在，在世博会官厅水库，百里画廊、新首钢的五湖一线分别形成了一个景观群，今后在北京南机场也会形成大的湿地景观。宛平湖、晓月湖、园博湖、莲石湖、门城湖，就是所谓的“五湖一线”，已经成为夏季北京市民重要的休闲地。这些湿地不仅仅处理污水，同时也对景观提升和旅游资源提升起到了非常好的作用。

（ 本文为《大型人工湿地在京津冀河道水质提升、景观改善中的保障作用》上篇，请继续关注下篇 ）

END

请继续关注下篇

在上篇，重点强调了湿地基本功能的不同应用场景和案例（ 点击查看 ）。在下篇，主要围绕一些超大型人工湿地对水质提升的应用案例进行分析，包括官厅水库八号桥湿地、永定河宣化段梯级湿地、龙河旁路湿地、白洋淀府河和孝义河大型河口湿地、妫水河三里河湿地等。这些案例全部是针对大型城市污水出水、微污染河道水达到水质功能区要求进行设计和建设的，与污水处理厂一起构成了京津冀地区的污水超净排放系统。这其中，有的是针对劣V类水的达标问题的解决，有的是为解决河道III类水稳定达标问题，有的是通过湿地处理达到III类水。这些实践相信丰富了湿地的应用范围，可以从 不同角度给从业者提供很好的参考。

我在上一期（ 点击查看 ）里讲，近年专业人士经常讨论提标问题，由于排放标准和水环境质量标准存在着巨大的差距，这个差距如果仅靠采用技术力量或者手段来弥补，往往会存在很多困难。很显然，这里即有技术上的，也有经济上的困难。最近几年，河北白洋淀-大清河流域把湿地引入到标准里，将之作为污水处理厂的一个延伸环节。考虑污水处理厂和生态措施相结合，出水达到更高的水质标准。从这里讲，是不是我们的工具箱里多了一项工具？也就是说给了我们一个可能的选项。在河流、湖泊流域达标上确实有很多有效的手段和工具。现在各级政府利用的相关政策工具还相对比较少，一些城市仅仅利用了提标这一个工具。通过这些案例的分析使我们看到政府的工具箱里还有很多其他工具。综合利用规划、总量控制、生态流量，这些都是我们可以利用的工具。

这里介绍的案例主要是针对城市污水厂的退水大系统，一般3万吨以上，主要是10万吨、20万吨，污染或微污染河道的大型人工湿地，以水质改善达到河湖环境质量标准为目标，通过湿地建设同时起到提升景观效果、为市民通过休闲场所的作用。

在大型河道里，湿地起到的作用和方式不尽相同，以京津冀应用大型湿地案例进行介绍。主要包括以下5种湿地案例：

• 河道水质提升大型自然景观构建型湿地——官厅八号桥湿地案例；

• 大型河道型自然湿地改善河道水质——永定河宣化段梯级湿地案例；

• 大型旁路人工湿地保障城市退水断面达标——龙河湿地案例；

• 大型近自然人工湿地提升城市退水水质——白洋淀河口水质案例；

• 垂直复合型潜流湿地III类水质保障——妫水河三里河湿地。

1、 官厅水库-改善河道水质，打造自然景观

官厅水库八号桥湿地位于河北省怀来县永定河入库口，项目用地为永定河大秦铁路~八号水文站段3.5km入库滩地，总面积211hm ² 。工程定位为兼具自然景观特色的水质净化湿地，主要净化永定河上游来水。水库进入北京之前，水质在Ⅳ类到Ⅲ类水之间，这几年水污染问题有所缓解。北京市政府决定在官厅水库入库口建设一个河道型湿地，全部河道水经过它进行处理。净化河水规模为26万m ³ /d，每年可处理0.95亿m ³ ，表流湿地面积为156hm ² （2340亩）。设计目标是净化处理规模下消减污染物30%。处理以后能稳定达到Ⅲ类水的目标。然而在这之前，由于是河道型的湿地，干涸期间老百姓就在河道里种地，会施用大量的化肥、农药，来水以后回到水库，影响了河道的水质。

湿地建设划分为三个区域：

（1）溪流形式湿地( I区），通过梳挖若干溪流，通过勾连、交互形成交错的线条式湿地，形成条带状湿地特征。湿地浅水区种植水生植物，主要为挺水植物，深水区种植水生植物，主要为沉水植物，这部分对氮磷有一定的去除。

（2）岛屿型湿地 (II区)，利用现状田埂及局部地形改造，形成水面、小岛、湿地的分散式湿地景观特征。包括：主湖区、鱼鳞湿地、生物塘和连通溪流，在当地是非常好的景观资源。

（3）单元型湿地（III区），利用现状场地内西侧中部鱼塘，疏挖形成配水生物稳定塘，分成了非常多的格，功能性更强。

这样的三个湿地串联运行来，保证了运行效果。从处理效果上来看，也是非常明显的。氮磷的处理率超过了30%，高的时候总氮去除率可以达到将近50%。水质改善、生态改善和景观改善非常明显。在植物搭配、营造大面积的大地景观上也做了相关设计，效果非常好。

保证官厅入库河水水质是水专项和我国水环境保护的一个非常重要的标志性成就。为什么这么说？我们知道由于上世纪七十年代官厅水库的污染，我国建立的第一个环境保护机构就是官厅环保办公室，这也是国务院成立的第一个环保机构。后来官厅水库由于污染问题退出了城市水源地。经过多年的治理，现在官厅水库被重新定位为城市备用水源地。通过湿地和其他措施结合治理的方式，官厅水库水质如果能够恢复到III类水的话，这是一个可以跟泰晤士河由死河、污染河变到鱼类回游相媲美的结果。因此，北京市政府把官厅水库治理列入国家一号工程。

龙河-改善城市退水，保障断面达标

2017年廊坊面临限批，两个主要的开发区水质不达标，都是劣Ⅴ类水。 我们到现场看了以后，发现不光河道水质不达标，城市内的黑臭河道也比较多。 所以，结合水专项要求，在河道边上建了一个旁路湿地，处理龙河城市污水处理厂3万吨退水。 同时，在湿地前面建设了一个预处理的泵站，从河道上经过湿地。

当时的设计要求已经达到了比较高的水平，起码是达到了Ⅴ类水以上的要求。从2018年10月建成到2020年，稳定运行两年后可以看湿地大概3公里河道的效果，水质主要指标也达到了Ⅳ类水的水质要求，现在这三年，龙河不光摘掉了劣Ⅴ类水的帽子，建成了一个湿地公园，从而协助廊坊解除了限批的要求。现在，这里的生态环境也非常好，解决了河道不达标的问题，各级政府和相关新闻都对此进行过报道。

白洋淀-北方最大人工湿地，改善城市退水

由于白洋淀区域范围大，雄安新区定位规格高，白洋淀的水质改善问题比较突出。通过分析白洋淀现在的污染情况，主要是两个城市的退水对白洋淀水质造成了一些污染，当然沿途也有一些污染。一是保定大概30万吨的水，另一个是高阳大概20万吨的水，其他的河道（共56条河道）基本支流都没有水。

从这两条入流河道就开始考虑一些净化措施。但是最主要的负荷是承接保定的退水，涉及一个6300亩的湿地。孝义河河口湿地水质净化工程占地3165余亩。两个湿地的规模是北方最大的人工湿地，完全是近自然的恢复湿地。采用“前置沉淀生态塘+水平潜流湿地+多级表流湿地+沉水植物塘”工艺，前面是前置的预处理（包括储存，相当于前置库等等的处理）；中间是水平浅流湿地，是主要功能型湿地，水生植物系统对氮磷的去除要做详细计算，现在也在投入运行。

大家可以看，府河河口和孝义河河口湿地水质净化工程的实施对现在的白洋淀水质有重大影响。这里就有一个问题，有人说白洋淀全是水面，不建湿地行不行？利用水面自净行不行？从整体的模拟结果来看，功能型的湿地对特定污染物去除的设计是必要的。如果不经过特定的设计，水体自身想达到自净效果，也可能会有一些效果，但是定量控制污染是不可能的。

这两个湿地建成以后，对今后恢复白洋淀整个淀区更大的水面是相得益彰，保证了白洋淀的水质。白洋淀现在几个考核断面的水质大大改观，从Ⅲ类到Ⅳ类水之间。所以，这两个大型湿地建成了以后，效果是非常理想的。

妫水河-复合型湿地，III类水质保障

最后给大家介绍一下妫水河世园会。这是官厅水库永定河的支流，直接入官厅水库。北京全实行Ⅰ级B，但是延庆执行Ⅰ级A，因为当地对功能区的要求是Ⅲ类水。大家可以看到，目标非常明确，打造湿地型河流，形成延庆北部休闲观景区，同时兼顾防洪要求。采用的方法是河道本身形成了城区的内循环，即循环湿地，然后对河道进行改造。最后入湿地之前加了一个旁路的辅流湿地来保证达到要求。图中就是三里河复合湿地刚进行完以后还没运行的情况。沿着整个河道在城区建了20几片不同类型的净化设施。我们可以看到，在11公里河道里，水生植物总面积有十几块。根据这一系列设施，保证了处理要求。